(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210851041.6 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 广西电网有限责任公司电力科 学研 究院 地址 530013 广西壮 族自治区南宁市 兴宁 区民主路6 -2号 申请人 重庆大学 (72)发明人 吴晓锐　孙跃　李小飞　肖静　 陈绍南　左月　周远钊　莫宇鸿　 吴宁　龚文兰　韩帅　陈卫东　 郭敏　郭小璇　唐春森　 (74)专利代理 机构 重庆敏创专利代理事务所 (普通合伙) 50253 专利代理师 刘思言　黄梅(51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) B60L 53/12(2019.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 双螺线管 型EV-DWPT系统及其 参数优化方法 (57)摘要 本发明涉及EV ‑DWPT(电动汽车动态无线电 能传输)技术领域， 具体公开了一种双螺线管型 EV‑DWPT系统及其参数优化方法， 该系 统设有磁 耦合机构， 磁耦合机构包括发射结构和接收结 构， 发射机构 包括多个沿着道路方向等距离排布 的双螺线管型 发射导轨， 每个双螺线管型发射导 轨包括垂直于路面的方形管状磁芯， 以及分别螺 线式绕制在方形管状磁芯的内壁和外壁上的内 能量发射螺线管和外能量发射螺线管， 内能量发 射螺线管和外能量发射螺线管使用同一根利兹 线绕制， 但绕向相反。 本发明提出一种双螺线管 结构的磁耦合机构， 并给出了具体的参数优化设 计方法， 完成了系统电能传输拓扑的分析和电气 参数设计， 较大程度地减少了系统导轨切换域的 功率波动， 提高了系统的抗偏移能力。 权利要求书2页 说明书19页 附图14页 CN 115481526 A 2022.12.16 CN 115481526 A 1.双螺线管型EV ‑DWPT系统， 包括原边电能变换模块、 磁耦合机构、 副边电能变换模块， 所述磁耦合机构包括发射结构和接收结构， 其特 征在于： 所述发射机构包括多个沿着道路方向等距离排布的双螺线管型发射导轨， 每个所述双 螺线管型发射导轨包括垂直于路面的方形管状磁芯， 以及分别螺线式绕制在所述方形管状 磁芯的内壁和外壁上的内能量发射螺线管和外能量发射螺线 管， 所述内能量 发射螺线 管和 所述外能量发射螺线管使用同一 根利兹线绕制， 但绕向相反； 所述接收结构包括层级设置的拾取线圈、 接收端磁芯和金属屏蔽板， 所述拾取线圈为 方形环状结构。 2.根据权利要求1所述的双螺线管 型EV‑DWPT系统， 其特 征在于： 所述方形管状磁芯包括隔断的里层方形管状磁芯、 中层方形管状磁芯和外层方形管状 磁芯， 所述内能量发射螺线管缠绕在所述里层方形管状磁芯的内壁上， 所述外能量发射螺 线管缠绕在所述外层方 形管状磁芯的外壁上； 所述接收端磁芯的中心位置设置有方形凸起， 所述方形凸起与 所述拾取线 圈中心的方 形空隙嵌合。 3.根据权利要求2所述的双螺线管型EV ‑DWPT系统， 其特征在于， 记所述外能量发射螺 线管的匝数为 n1， 所述拾取线圈的匝数为 n2， 通过如下步骤确定n1、 n2： A1、 给定设计的目标互感值Mmin、 传输距离 h； A2、 结合所述外层方形管状磁芯和所述接收端磁芯的尺寸， 确定n1的最大值(n1)max、 n2 的最大值(n2)max； A3、 令n1＝n2＝1， 借助COMSOL有限元仿真软件计算所述磁耦合机构的互感M； A4、 判断M是否大于 Mmin， 若是则记录当前的n1、 n2值， 若否则进入下一 步； A5、 n2加1， 即n2＝n2+1； A6、 判断当前n2是否大于(n2)max， 若否则返回至所述 步骤A4， 若是则进入下一 步； A7、 令n2＝1， n1加1， 即n1＝n1+1； A8、 判断当前n1是否大于(n1)max， 若否则返回至所述 步骤A4， 若是则设计失败。 4.根据权利要求3所述的双 螺线管型EV ‑DWPT系统， 其特征在 于， 在确定了n1、 n2后， 通过 如下步骤确定所述内能量发射螺线管的线圈尺寸： B1、 结合系统功率等级， 给定发射导轨内线圈匝数和偏移时互感的最大跌落ΔMmax， 给 出一线圈尺寸初始值； B2、 对系统的抗偏移特性进行仿真； B3、 分析偏移时互感的跌落ΔM是否小于ΔMmax， 若是则记录当前的线圈尺寸， 若否则调 整线圈尺寸并返回至步骤B2。 5.根据权利要求1所述的双螺线管型EV ‑DWPT系统， 其特征在于： 所述内能量发射螺线 管、 所述外能量发射螺线管发射线圈和所述拾取线圈均选用0.1mm*1000股、 外径5mm规格的 利兹线绕制； 所述方形管状磁 芯和所述接收端磁芯选用P C95材质的锰锌铁氧体作为磁 芯材 料。 6.根据权利要求1～5任一项所述的双螺线管 型EV‑DWPT系统， 其特 征在于： 所述原边电能变换模块包括顺序连接的直流电源， 并联连接所述直流电源的多个 高频 逆变器， 以及每个所述高频逆变器上并联连接的第一LCC原 边谐振网络和第二LCC原 边谐振权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115481526 A 2网络， 所述第一LCC原 边谐振网络和所述第二LCC原 边谐振网络 分别连接相 邻的两个所述双 螺线管型发射导轨； 所述副边电能变换模块包括 顺序连接的LC C副边谐振网络、 整流滤波电路和负载电路。 7.根据权利要求6所述的双螺线管型EV ‑DWPT系统， 其特征在于， 所述第一LCC原边谐振 网络、 所述第二LCC原 边谐振网络和所述LCC副边谐振网络中的谐振电感用串 联的电感和电 容等效替代。 8.根据权利要求6所述的双螺线管型EV ‑DWPT系统， 其特征在于， 第一LCC原边谐振网络 中谐振电感的自感值 Lf1等于所述第二 LCC原边谐振网络中谐振电感的自感值 Lf2等于Lf12。 9.权利要求8所述双螺线管 型EV‑DWPT系统的参数优化方法， 其特 征在于， 包括 步骤： ①根据系统需求， 确定系统输入电压Ui、 输出负载等效电阻RL、 输出电压Uo并设定系统 工作频率f； ②以效率最优为目标， 结合所述拾取线 圈的线径和电流表达 式Is＝Req(Mp1s+Mp2s)Ui/ω 2Lf12Lf32和输出电流表达式I3＝(Mp1s+Mp2s)Ui/jωLf12Lf3表达式确定Lf3的大小， Mp1s+Mp2s为所 述拾取线圈和相邻两个所述双螺线管型发射导轨的互感， ω ＝2 π f为系统的工作角频率， Lf3 为所述LCC副边谐振网络中谐振电感的自感； ③结合所述双螺线管型发射导轨的线径和电流表达式Ip＝Ui/ωLfi确定Lf1、 Lf2的大小， i＝1,2； ④设定系统输出功率Po， 结合输出功率表达式 初步确定 所述磁耦合机构的导轨中心区域和导轨切换域的互感Mp1s+Mp2s取值范围， Rs为所述拾取线 圈的内阻； ⑤利用Comsol仿真软件对所述磁耦合机构进行优化设计， 通过仿真得到Mp1s+Mp2s， 相邻 两个所述双螺线管 型发射导轨之间的交叉互感Mp1p2； ⑥通过计算判断互感Mp1s+Mp2s大小是否满足系统输出功率需求， 定性定量分析Mp1s+Mp2s 的波动是否达标， 满足条件则进入下一步骤， 否则调整所述磁耦合机构的线圈匝数以及磁 芯分布， 重复步骤 ⑤； ⑦将相邻两个所述双螺线管型发射导轨的自感Lp1、 Lp2以及两者的互感Mp1p2代入公式 计算分析对应的串联补偿电容Cp1、 Cp2的敏感性， 若敏感性满 足系统设计需求则进入下一步骤， 否则调整所述磁耦合机构的尺寸、 绕线匝数以及磁芯分 布， 重复步骤 ⑤； ⑧记录所有系统参数， 完成系统参数设计。 10.根据权利 要求9所述的双螺线管型EV ‑DWPT系统的参数优化方法， 其特征在于： 在步 骤④中， 所述磁耦合机构的导轨中心区域为所述双螺线管型发射导轨的正上方， 导轨切换 域为相邻两个所述 导轨中心区域之间的区域。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115481526 A 3